printf原理

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精选答案

printf的实现原理

printf的声明

int _cdecl printf(const char* format, …);

_cdecl是C和C＋＋程序的缺省调用方式

_CDEDL调用约定：

1.参数从右到左依次入栈

2.调用者负责清理堆栈

3.参数的数量类型不会导致编译阶段的错误

对于x86而言，栈向下生长，函数参数从右向左入栈，因此从第一个固定参数（format）地址向前（向上）移动就可得到其他变参的地址。

va_list相关宏（VC++中stdarg.h里x86平台的宏定义）

typedef char *va_list;

//_INTSIZEOF(n)宏：将sizeof(n)按sizeof(int)对齐。

#define _INTSIZEOF(n) ( (sizeof(n) + sizeof(int) - 1) & ~(sizeof(int) - 1) )

//取format参数之后的第一个变参地址，4字节对齐

#define va_start(va_listap, format) ( ap = (va_list)&format+ _INTSIZEOF(format) )

//对type类型数据，先取到其四字节对齐地址，再取其值

#define va_arg(va_listap,type)

( *(type*)((ap += _INTSIZEOF(type)) -_INTSIZEOF(type)) )

#define va_end(va_listap)( ap = (va_list)0 )

如何得到参数个数？

其实printf并不知道参数个数，它只是逐个解析format字符串。对于特定类型%，使用va_arg去取相应参数的值，直到遍历字符串结束。类似于如下代码：

#include <stdio.h>

#include <stdarg.h>

void myprintf(const char *format, ...)

{

va_list ap;

char ch;

va_start(ap, format);

while(ch = *format++)

{

switch(c)

{

case 'c':

{

char ch1 = va_arg(ap, char);

putchar(ch1);

break;

}

如下调用会打印什么内容？

printf("%x");

－－－－－－－－－－－－－－－－

背景知识：

函数调用栈帧结构：

比如Z调用A，Z的栈帧：

1.自右向左（约定）压入参数

2.Z中返回地址。即从A返回后Z中下一条指令地址

3.调用者的EBP。由编译器插入指令实现：

"pushl %ebp"

"movl %esp, %ebp"//esp为栈指针

因而形成一个链表。依此可得到调用者的栈顶位置（对于A的EBP，得到Z的EBP地址为0x000f）。

4.局部变量。

对于两个正整数 x, n 总存在整数 q, r 使得

x = nq + r, 其中0<= r <n//最小非负剩余

q, r 是唯一确定的。q = [x], r = x - n[x]. 这个是带余除法的一个简单形式。在 c 语言中， q, r 容易计算出来： q = x, r = x % n.

所谓把 x 按 n 对齐指的是：若 r=0, 取 qn, 若 r>0, 取 (q+1)n. 这也相当于把 x 表示为：

x = nq + r', 其中 -n < r' <=0//最大非正剩余

nq 是我们所求。关键是如何用 c 语言计算它。由于我们能处理标准的带余除法，所以可以把这个式子转换成一个标准的带余除法，然后加以处理：

x+n = qn + (n+r')，其中 0<n+r'<=n//最大正剩余

x+n-1 = qn + (n+r'-1), 其中 0<= n+r'-1 <n//最小非负剩余

所以 qn = [(x+n-1)]n. 用 c 语言计算就是：

((x+n-1))*n

若 n 是 2 的方幂, 比如 2^m，则除为右移 m 位，乘为左移 m 位。所以把 x+n-1 的最低 m 个二进制位清 0就可以了。得到：

(x+n-1) & (~(n-1))

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printf函数的实现原理

在C/C++中，对函数参数的扫描是从后向前的。C/C++的函数参数是通过压入堆栈的方式来给函数传参数的（堆栈是一种先进后出的数据结构），最先压入的参数最后出来，在计算机的内存中，数据有2块，一块是堆，一块是栈（函数参数及局部变量在这里），而栈是从内存的高地址向低地址生长的，控制生长的就是堆栈指针了，最先压入的参数是在最上面，就是说在所有参数的最后面，最后压入的参数在最下面，结构上看起来是第一个，所以最后压入的参数总是能够被函数找到，因为它就在堆栈指针的上方。